岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果

随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T₁-T₂弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T₁-T₂弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T₁/T₂比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T₁/T₂值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T₁-T₂二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.     

复杂砾岩油水核磁弛豫特性的实验分析

玛湖凹陷砾岩储层岩性、孔隙结构复杂，造成储层流体识别困难.通过区块原油样品获取原油不同温度下的体弛豫特征，并利用两种不同体弛豫特征的模拟油样开展实验；在此基础上，选取了部分砾岩样品通过真空加压饱和水、高速离心和真空饱和模拟油的方法快速建立了饱和水、束缚水和饱和油状态，进行流体及模拟不同油水饱和状态的核磁实验分析.实验结果表明：岩心饱和水核磁T₂谱的分布范围主要受表面弛豫影响，受油相体弛豫性质的影响，不同黏度油样饱和水状态的核磁谱均与饱和水核磁谱存在差异，就本次实验的岩心样品，油样越稀，差异越明显；含油核磁谱分布形态受油相体弛豫、表面弛豫、孔隙结构和润湿性的综合影响.结合油样的体弛豫特性，利用多组分高斯拟合对两种油样饱和的砾岩核磁T₂谱进行了分析，尝试对油相体弛豫信号进行了定量评价.     

砂岩核磁共振响应模拟及受限扩散

本文运用随机游走方法模拟了砂岩储层中流体的核磁共振(NMR)响应及其受限扩散现象.通过改变数字岩心的分辨率模拟生成不同孔隙尺寸的砂岩,研究了不同孔隙尺寸砂岩饱含水时流体扩散系数随扩散时间的变化关系,同时模拟了砂岩饱和单相流体和两相流体的NMR响应;研究了流体的受限扩散系数与横向弛豫时间T2的关系,分析了表面弛豫率和胶结指数对润湿相流体受限扩散系数线位置的影响,并将其用于解释砂岩储层的D-T2分布.结果表明:孔隙流体的扩散系数会随扩散时间的增加而逐渐减小并趋于定值.随着岩石孔隙尺寸的减小,受限扩散现象越明显,受限扩散对岩石NMR响应的影响也越大.润湿相流体受限扩散系数线的位置受岩石胶结指数和表面弛豫率的影响较大.由于润湿相流体扩散系数减小,导致D-T2分布中润湿相流体信号偏离其自由扩散系数线,需要利用流体的受限扩散系数线准确识别D-T2分布中的润湿相流体.     

球管孔隙模型的核磁共振(NMR)弛豫特征及应用

将岩石孔隙归结为由毛细管和球形孔组成的孔隙系统,提出孔隙球管孔隙模型. 岩石孔隙按大小分组后,每一组孔隙的氢核弛豫时间可以用球管孔隙模型计算. 将此弛豫时间作为反演T2分布的时间控制点,反演岩芯的核磁共振弛豫信号. 研究表明, T2分布与特定的孔隙结构相联系. 使用不同结构的球管孔隙模型,可以使反演T2分布最大限度地拟合弛豫信号,此时的球管模型以最近似的方式模拟了岩芯的孔隙结构. 使用球管模型对实验室核磁共振资料进行了处理,对比压汞分析得到毛管力分布数据,结果证明球管孔隙模型描述了岩石孔隙的弛豫特征,而且,岩石特定孔隙结构的弛豫特征与孔隙流体有关.     

温度对流体及其在孔隙介质中核磁共振弛豫影响研究进展

研究温度如何影响流体以及在孔隙介质中的弛豫时间对准确利用井下高温核磁共振数据进行原油黏度评价、储层物性评价等十分必要．对于自由状态液体,在不含顺磁性物质时其弛豫机制主要来自于分子内核自旋间的偶极-偶极相互作用,本文概述了由这种相互作用导出的自由流体弛豫BPP理论,总结归纳了依据BPP理论建立的原油弛豫时间与黏度、温度相关的经验模型;当原油中含有沥青时,由于沥青基团内包含顺磁离子,弛豫机制发生转变,基于此本文分析了含沥青原油弛豫机理以及核磁共振随温度变化的响应特征．在表面含微量顺磁离子的孔隙介质中,表面弛豫一般主导核磁共振响应,本文详细介绍了表面弛豫理论发展历程以及各类理论在温度影响表面弛豫方面给出的不同观点,特别是基于Korb模型具体分析了不同类型流体在玻璃珠表面弛豫时间具有不同温度特性的原因．此外对于具有多种造岩矿物和复杂孔隙结构的岩石孔隙,弛豫受温度影响机制复杂,本文概述了岩石孔隙流体弛豫时间受温度影响的实验探索进展并指明其中存在的问题,展望了未来的发展方向．     

页岩气储层渗透率测井评价方法研究

页岩渗透率与页岩气产能关系密切,是测井储层评价的重要参数之一.页岩储层岩性复杂致密,孔隙组分多样,导致传统渗透率评价方法受到限制.基于页岩渗透率主控因素,从孔隙结构出发,通过液氮吸附-高压压汞资料及核磁共振实验分析数据,提取控制页岩渗透率的孔隙结构参数,建立页岩渗透率评价模型;利用核磁T2谱构建出伪毛管压力曲线,获得二者之间的定量转换关系,并提取孔隙结构参数;最后利用核磁测井刻度常规测井曲线,并结合页岩岩石相分析,实现了页岩渗透率的较高精度评价.研究成果及应用对于国内页岩气产能建设及高效开发具有重要意义.     

磁场强度对T2-T1二维核磁共振实验的影响研究

多维核磁共振测井比一维核磁包含更多的观测信息,往往可以解决单独使用横向弛豫时间(T2)进行测井评价时遇到的困难,在非常规油气储层勘探开发中发挥着不可替代的作用.T2-T1二维核磁共振能够检测页岩中的类固体有机质等含氢化合物,对于确定页岩储层流体成分至关重要,已经成为核磁测井和岩石物理实验的研究热点.与一维核磁共振相比,T2-T1二维核磁实验结果对测量参数更加敏感,已有学者对回波间隔(TE)、等待时间(TW)、扫描次数(SCAN)、回波个数(NECH)对实验结果的影响开展了深入研究,但磁场强度对T2-T1二维核磁的影响尚未见报道.对不同种类样品分别进行0.5T、0.05 T两种磁场强度(对应共振频率分别为21 MHz、2 MHz)下的T2-T1二维核磁共振实验,分析了磁场强度对实验结果的影响,研究表明:对于自由溶液,纵向弛豫时间(T1)对磁场强度更加敏感,磁场强度增大时,自由溶液T1增大、T2不变,T2-T1谱流体信号向上移动;对于实际岩样,受内部磁场梯度的影响,磁场强度增大时,T1增大、T2减小,T2-T1谱中流体信号向左上方移动.定量刻画了不同弛豫组分在磁场强度变化时谱峰位置的变化规律,能够将实验室得到的页岩油高频核磁流体识别图版转换为测井资料的低频流体识别图版,为二维核磁共振测井表征储层流体成分信息提供了理论依据.     

低渗透复杂润湿性储层电阻率实验及导电机理研究

低渗透岩性油气藏发育的黏土膜吸附原油造成了储层亲油,电阻率异常高,高阻油水层、水层的存在给储层流体性质识别带来了很大挑战.为了明确不同润湿性储层的电阻率响应特征以及微观导电机理,本文选取了鄂尔多斯盆地西部三叠系延长组长8段的岩心,模拟了油驱水、老化和水驱油过程,并测量了岩心薄片洗油后的接触角.实验结果表明,洗油后异常高阻岩心已表现为不完全亲水,然而,其测量的胶结指数m与正常电阻率岩心相差很小.油驱水至束缚水时,正常电阻率岩心的电阻增大率I_r与含水饱和度Sw的关系在双对数坐标下基本表现为直线的关系,而异常高阻岩心则表现为明显的凸曲线特征.且老化过程前后,异常高阻岩心的电阻率基本不变.结合对异常高阻岩心不同状态下的核磁共振T_2谱的分析,表明在油驱水过程中,岩石的润湿性已经向亲油方向发生转变,老化过程对润湿性的改变影响很小.水驱油至残余油时,异常高阻岩心的I_r-S_w曲线表现为近似直线特征,反映出水驱油过程中岩石的导电结构并未发生改变.基于实验结果的分析与讨论,明确了一种适用于低渗透复杂润湿性储层的成藏模式及其导电机理,说明了高阻水层主要是亲油润湿性条件下的连续导电路径遭到破坏造成的.     

核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析

火成岩岩石具有高磁化率特征,与沉积岩差别明显,岩石的高磁化率会对核磁共振信号产生显著影响,开展核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析研究,为广泛使用核磁共振测井用于火成岩储层评价提供参考.采用理论模拟、实验分析及实际测井资料相结合的方法,分析了高磁化率岩石的核磁共振响应特征.分析结果表明,火成岩岩石具有很高的磁化率,从酸性火成岩到基性火城岩,岩石的磁化率一般是逐渐增大的.高磁化率岩石孔隙内部会产生强梯度磁场,孔隙内部的磁场梯度越强,核磁共振的T2谱前移越明显,核磁信号衰减幅度也越大,核磁分析孔隙度与常规分析的孔隙度误差也越大;相同岩石磁化率情况下,岩石孔径越小,岩石孔隙内部磁场梯度越强,核磁信号衰减越大,核磁共振测井计算的孔隙度也越低.因此,核磁共振测井与岩性有关系,核磁共振测井会受到高磁化率岩石的显著影响.核磁共振测井在部分火成岩,尤其在中基性火成岩和小孔径火成岩储层中应用具有很大的局限性.     

基于核磁共振测井的致密砂岩储层分类方法研究（英文）

致密砂岩储层孔隙结构复杂,非均质性强,利用传统的常规测井计算孔隙度、泥质含量、J函数和流动单元指数等参数建立的储层分类方法很难有效地对致密砂岩储层进行分类。核磁共振T2分布与储层孔径分布密切相关,可用于表征储层孔隙结构特征。目前常用的方法是应用核磁共振T2分布与压汞毛管压力曲线建立线性函数或幂函数等经验公式,间接求取排驱压力、最大孔喉半径、中值孔喉半径等储层孔隙结构参数并用于储层分类,但经验公式存在地区适应性,且受限于实验样本的代表性,很难有效推广应用。对数正态分布常用来表示岩石孔径分布和粒度分布,通过计算小孔和大孔的体积、平均半径、标准差等参数定量表征储层的孔隙结构特性。本文采用双峰对数正态分布拟合核磁共振T2谱,得到表征岩石孔隙分布和非均质性的六个参数(小孔和大孔的体积、均值、标准差),结合核磁共振测井计算的总孔隙度,采用聚类分析方法进行储层分类。岩心实验测量数据及核磁共振测井数据处理结果表明,该方法可有效划分致密砂岩储层类型,具有较好的应用效果。     

基于岩石物理参数转换模型的页岩气含气量评价新方法研究

页岩气在储层中主要以游离气和吸附气的形式存在,其含气量主要通过现场解吸和测井方法计算.由于页岩储层十分致密,并且常伴有微裂缝发育,这就造成了页岩储层的储集空间从纳米级孔隙到微米-毫米级的微裂缝并存的特殊情况.针对微孔和介孔段(50nm以内)的等温吸附方法,以及针对宏孔(50nm以上)的高压压汞方法在表征页岩孔隙结构上都存在着局限性.而核磁(NMR)T2分布本身虽然能够表征孔径分布,但是需要精确刻度横向弛豫时间与孔径的关系.本文在现有方法的基础上,结合上述方法的优势,采用拼接的方式表征页岩整体孔径分布,并将核磁T2分布刻度为孔径分布.基于横向弛豫时间和孔径的关系,结合T2-I转换模型,采用动态参数计算页岩储层含水饱和度和含气量,这为页岩储层含气量评价提供了新的可靠的方法.     

基于核磁共振测井的低渗透砂岩孔隙结构定量评价方法——以东营凹陷南斜坡沙四段为例

低渗透砂岩油气藏已成为油气增储生产的重要勘探开发目标,但孔隙结构复杂使得储层及其有效性难以准确识别.笔者利用物性、压汞、核磁等资料,对东营凹陷南坡沙四段(Es4)低渗透砂岩孔隙结构进行分析,划分出了3种类型.核磁T2谱与毛管压力曲线都在一定程度上反映孔喉分布,但常规方法利用T2谱重构伪毛管压力曲线所得到的孔隙半径与压汞孔喉半径有较大误差,而岩石孔隙自由流体T2与压汞孔喉分布对应关系更好,以此建立了不同孔隙结构类型二者之间不同孔喉尺度对应的关系式(大尺度:线性;小尺度:分段幂函数),可在井筒剖面上通过识别孔隙结构类型,进而利用核磁共振测井(NML)定量反演孔径分布,省去了构建伪毛管曲线环节,为低渗透砂岩储层有效性评价提供了直接依据,也是测井用于定量反演储层微观孔隙结构信息的有益探索.     

用核磁共振测井资料评价碳酸盐岩等复杂岩性储集层

对于碳酸盐岩等复杂岩性油气藏,由于其储集空间复杂、非均质性强等因素,用常规测井技术难以进行准确描述.核磁共振测井测量的对象是储层空间中的流体,因而可以直接用来划分储集层,而且能提供几乎不受岩性影响的孔隙度和渗透率等参数;同时,由于其T2分布表征了岩石的孔隙结构,所以可以根据T2分布形态判断有效裂缝和溶蚀孔洞.通过多口井的岩心对比和成像测井对比,研究出了一套用MRIL和CMR 的T2分布形态评价储集空间的方法;此外,在特定条件下,根据核磁计算的有效孔隙度和可动流体体积给出了一个计算含油饱和度的公式.利用这些核磁测井技术及其分析方法对车古20古潜山碳酸盐岩储集层裂缝及溶蚀孔洞发育特征进行准确描述,还计算了埕北潜山复杂复杂岩性油气藏的饱和度,对于储量计算具有重要意义.     

Theoretical Mechanism and Application of Sphere–Cylinder Model in NMR for Oil–Water Porous Media

NMR is a unique logging tool that measures porosity, permeability, fluid components and wettability. It also shows different responses from rocks due to different pore-sizes in reservoirs; this gives opportunities to carry out a further study for pore structures and pore sharps in complicated reservoirs. The theoretical mechanism in NMR used for pore structure study currently is based on the Brownstein and Tarr theory (Phys Rev 19:2446–2453, 1979), but it shows that the pore structures are not sensitive to the connectivity of pores. In order to overcome this, we are proposing a theoretical approach called the Sphere–Cylinder Model to conduct NMR relaxation theories. In addition, a procedure for different pores has been discussed for porous media that is saturated by an oil–water phase. Consequently, considerations for the NMR relaxations for the water and oil phase have been taken into account in our model. The Sphere–Cylinder model has been used based on an NMR log in one of the gas fields in southwest China and shows satisfactory results.     

利用SE求取SNMR横向弛豫时间方法研究

自旋回波作为测量T₂时间的重要脉冲序列,由该脉冲系列交变磁场激发而获得的核磁共振信号不受磁场不均匀性的影响,这对于以地磁场作为稳定磁场的SNMR方法来说,可以减小地磁场不均匀对NMR信号的影响,得到真实、可信的T₂值,提高信噪比。将自旋回波信号应用到地面核磁共振找水方法中求取T₂分布,在国内尚属首例,本文借鉴核磁共振测井中的多指数反演方法,采用奇异值分解算法编程,反演得到T₂分布,并与SNMR反演软件的结果T₂*对比。结果证明,用SE信号提取T₂时间,可以减少地磁场不均匀对NMR信号的影响,更真实地反映T₂分布,提高信噪比。      

含不同孔隙流体的砂岩地震波速度随压力变化的实验研究

岩石的地震波性质是区域构造研究和浅部地震勘探应用的基础.延长油田是我国重要的油气生产基地之一,但目前仍缺乏地震波性质方面的基础资料.作者利用Autolab2000多功能岩石物性自动测试设备,在0~180MPa及饱含不同孔隙流体(干燥、饱水及饱油)条件下,研究了三种来自延长油田砂岩岩芯的纵波、横波速度.结果表明:三种砂岩的V_p、V_s1和V_s2均随压力增加(或降低)而基本呈对数曲线增大(或减小);干燥、饱水和饱油三种波速间的关系因砂岩类型不同而不同,这主要取决于岩石的有效弹性模量、孔隙流体性质以及岩石的内部结构等;含同种孔隙流体的不同类型砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律主要受岩石孔隙度和粒度的影响;而含不同孔隙流体的同种砂岩,其V_p、V_s1和V_s2随压力变化的规律则主要受控于岩石的有效弹性模量和流体密度.另外,含水或含油饱和度的变化对V_s1和V_s2基本没有影响.实验结果可以为该地区地震资料的解释及与声波测井之间的对比提供重要的基础数据和参考依据.     

致密油藏不同开发方式原油动用规律实验研究

致密油是重要的非常规石油资源,但由于其一次采收率低,需要开展提高采收率研究。由于致密油储层孔隙结构复杂,不同孔隙对产量的贡献差异很大,需要深入研究不同孔隙中原油的动用情况进而优化开发方式。本文采用核磁共振测试与驱替实验相结合的方法开展研究,直观反映不同注入条件下注入介质与原油的驱替过程,明确了注水和注CO₂两种开发方式不同孔隙中原油的动用规律。结果表明:水驱和CO₂驱不同孔隙区间原油动用程度随着驱替压差逐渐增大而增大;水驱和CO₂驱大孔隙中的原油绝大部分被动用,随着孔隙半径逐渐减小,原油动用的比例逐渐降低;小于0.01μm微小孔隙中CO₂驱动用效果明显好于水驱,致密油藏中CO₂更易进入小孔隙提高致密油采收率。      

基于核磁共振双截止值的致密砂岩渗透率评价新方法

对比分析致密砂岩岩心在完全含水状态和束缚水状态下的核磁共振T₂谱,明确了致密砂岩孔隙中流体的赋存状态和渗流规律,指出常规核磁共振方法预测渗透率的局限性并提出核磁共振双截止值的概念.基于核磁共振双截止值,将储集空间细分为完全可动、完全束缚、部分可动等三部分,分析不同孔隙组分对渗透率的影响,并应用三组分法建立了核磁共振渗透率表征新模型.研究表明：致密砂岩渗透率与完全可动流体饱和度、部分可动流体T₂几何平均值、核磁孔隙度成正比,与完全束缚流体饱和度成反比.在此基础上,结合完全含水核磁共振T₂谱的二阶差分得到了双截止值的自适应确定方法,可以连续地计算储层双截止值.将该研究成果应用于生产实践,渗透率计算精度有较大的提高.